Phân tích – lựa chọn – tính toán dây chuyền công nghệ xử lý

Chương 4: PHÂN TÍCH – LỰA CHỌN – TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 4.1 Đề xuất công nghệ xử lý 4.2 Phân tích - lựa chọn công nghệ xử lý 4.3 Thuyết minh công nghệ xử lý 4.4 Tính toán lượng hóa chất cần dùng 4.5 Tính toán các công trình đơn vị trong cụm xử lý ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Quá trình xử lí nước phải qua nhiều công đoạn, mỗi công đoạn thực hiện trong các công trình đơn vị khác nhau. Tập hợp các công trình đơn vị theo trình tự từ đầu đến cuối gọi là dây chuyền công nghệ xử lí nước. Căn cứ vào các chỉ tiêu phân tích của nguồn nước, yêu cầu chất lượng nước sử dụng có thể xây dựng các sơ đồ công nghệ khác nhau. Muốn đưa ra một công nghệ xử lý nước cấp có hiệu quả cao trước hết ta phải xem xét thành phần, tính chất của nguồn nước, công suất xử lý yêu cầu. Đối với nguồn nước là nước mặt thì thành phần quan tâm nhiều nhất đó là hàm lượng cặn SS, vì hàm lượng cặn này có ý nghĩa rất là quan trọng và có thể dựa vào hàm lượng cặn này mà quyết định đưa ra sơ đồ công nghệ xử lý có hiệu quả (xem mục 2.5 và 2.6 chương 2) Nước sông Đồng Nai Công trình thu, Trạm bơm cấp I Bể trộn Bể lắng Bể lọc Mạng lưới phân phối Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp II Phèn, vôi Bể phản ứng Ngăn tách khí clo Đối với chất lượng nguồn nước thô của đề tài là nước sông Đồng Nai (được phân tích ở bảng 3.1) có hàm lượng SS là 186 mg/L ta có thể sơ bộ đưa ra dây chuyền công nghệ xử lý nước sơ bộ như sau PHÂN TÍCH - LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Bể trộn Dùng phương pháp trộn thuỷ lực với bể trộn đứng, đây là loại bể trộn thường được sử dụng phổ biến hiện nay trong trường hợp có dùng vôi sữa để kiềm hoá nước với công suất bất kỳ. Vì chỉ có bể trộn đứng mới đảm bảo giữ cho các phần tử vôi ở trạng thái lơ lửng, làm cho quá trình hoà tan vôi được triệt để. Còn nếu sử dụng bể trộn khác thì vôi sữa sẽ bị kết tủa trước các tấm chắn. Mặt khác, nó có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ, chi phí quản lí thấp do dùng năng lượng nước để trộn, phù hợp với quy mô công suất và dây chuyền công nghệ xử lý của đề tài Ngăn tách khí Ngăn tách khí cần được thiết kế khi sử dụng bể lắng có ngăn phản ứng đặt bên trong, bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng và bể lọc tiếp xúc. Ngăn tách khí có tác dụng tách khí tránh hiện tượng bọt khí dâng lên trong bể sẽ làm phá vỡ các bông cặn kết tủa tạo thành, ảnh hưởng đến quá trình lắng. Bể phản ứng Bể phản ứng xoáy Bể phản ứng xoáy hình trụ: loại bể này thường áp dụng cho trạm xử lí có công suất nhỏ (đến 3000 m3/ngày), ít khi được xây dựng kết hợp với các kiểu bể lắng khác do cấu tạo phức tạp của vòi phun. Bể phản ứng xoáy hình phễu: có ưu điểm là hiệu quả cao, tổn thất áp lực trong bể nhỏ, do thời gian nước lưu lại trong bể nhỏ nên dung tích bể nhỏ. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là khó tính toán cấu tạo bộ phận thu nước trên bề mặt theo hai yêu cầu là thu nước đều và không phá vỡ bông cặn. Ngoài ra đối với những bể có dung tích lớn sẽ khó xây dựng, nên chỉ thích hợp đối với những trạm có công suất nhỏ. Bể phản ứng vách ngăn Thường được xây dựng kết hợp với bể lắng ngang. Nguyên lí cấu tạo cơ bản của bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước. Bể có ưu điểm là đơn giản trong xây dựng và quản lí vận hành. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và bể phải có đủ chiều cao để thoả mãn tổn thất áp lực trong toàn bể. Bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường được đặt ngay trong phần đầu của bể lắng ngang. Bể thường được chia thành nhiều ngăn dọc, đáy có tiết diện hình phễu với các vách ngăn ngang, nhằm mục đích tạo dòng nước đi lên đều, để giữ cho lớp cặn lơ lửng được ổn định. Ưu điểm của bể này là cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng. Bể phản ứng cơ khí Nguyên lí làm việc của bể là quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dòng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí. Bể có ưu điểm là có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là cần máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện quản lí vận hành phức tạp, tốn nhiều điện năng nên chỉ thích hợp đối với những trạm có công suất lớn. ===> Kết luận: qua phân tích như trên ta chọn bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng. Bể lắng Bể lắng ngang Dùng bể lắng ngang thu nước bề mặt bằng các máng đục lỗ, bể được xây dựng kế tiếp ngay sau bể phản ứng. Được sử dụng trong các trạm xử lí có công suất lớn hơn 3000 m3/ngày đêm đối với trường hợp xử lí nước có dùng phèn. Căn cứ vào biện pháp thu nước đã lắng, người ta chia bể lắng ngang làm hai loại: bể lắng ngang thu nước ở cuối và bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt. Bể lắng ngang thu nước ở cuối thường được kết hợp với bể phản ứng có vách ngăn hoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Bể lắng đứng Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt cặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Lắng keo tụ trong bể lắng đứng có hiệu quả lắng cao hơn nhiều so với lắng tự nhiên do các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước bị đẩy lên trên, chúng đã kết dính lại với nhau và tăng dần kích thước, cho đến khi có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ chuyển động của dòng nước sẽ rơi xuống. Tuy nhiên hiệu quả lắng trong bể lắng đứng không chỉ phụ thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dòng nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thì các hạt cặn mới kết dính với nhau được. Bể lắng lớp mỏng Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt trên các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa. Do có cấu tạo các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang. Vì vậy kích thước bể lắng lớp mỏng nhỏ hơn bể lắng ngang, tiết kiệm diện tích đất xây dựng và khối lượng xây dựng công trình. Tuy nhiên do phải đặt nhiều bản vách ngăn song song ở vùng lắng, nên việc lắp ráp phức tạp và tốn vật liệu làm vách ngăn. Mặt khác do bể có chế độ làm việc ổn định, nên đòi hỏi nước đã hoà trộn chất phản ứng cho vào bể phải có chất lượng tương đối ổn định. Hiện nay bể lắng lớp mỏng còn ít sử dụng ở Việt Nam, do trong phần cấu tạo của bể còn một số vấn đề chưa được nghiên cứu hoàn chỉnh, nhất là vấn đề thu xả cặn, mặc dù hiệu suất lắng của bể cao. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Bể lắng trong có ưu điểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì trong quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Nhưng nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp, chế độ quản lý chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Chỉ áp dụng bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng khi nước đưa vào công trình có lưu lượng điều hoà hoặc thay đổi dần dần trong phạm vi không quá ± 15% trong 1 giờ và nhiệt độ nước đưa vào thay đổi không quá ± 10C trong 1 giờ. Vì vậy với trình độ quản lý vận hành chưa cao thì không nên dùng bể lắng trong. Ngoài các loại bể lắng trên còn có bể lắng li tâm và cyclon thuỷ lực. Nhưng các loại bể này rất ít được sử dụng trong thực tế. ===> Kết luận: qua phân tích như trên ta dùng bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt được xây dựng kết hợp với bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng. Bể lọc Lọc nước là quá trình xử lí tiếp theo quá trình lắng, nó có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ hơn trong nước không lắng được ở bể lắng, do đó làm trong nước một cách triệt để hơn, với mức độ cao hơn và làm giảm đáng kể lượng vi trùng trong nước. Bể lọc chậm Bể lọc chậm có ưu điểm là chất lượng nước lọc cao, không đòi hỏi nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, công trình đơn giản, tốn ít ống và thiết bị thi công dễ, quản lí và vận hành đơn giản. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là diện tích lớn, giá thành xây dựng cao, chiếm nhiều đất do có vận tốc lọc nhỏ, khó cơ khí hoá và tự động hoá quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lí bằng thủ công nặng nhọc. Vì vậy bể lọc chậm thường áp dụng cho các nhà máy nước có công suất đến 1000 m3/ngày với hàm lượng cặn đến 50 mg/l và độ màu đến 500. Bể lọc nhanh Bể lọc nhanh được sử dụng là bể lọc nhanh hở phổ thông, là loại bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống dưới, có một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và là lọc trọng lực, được sử dụng trong dây chuyền xử lí nước mặt có dùng chất keo tụ. Ưu điểm của bể lọc nhanh là có tốc độ lọc lớn gấp vài chục lần so với bể lọc chậm. Do tốc độ lọc nhanh (từ 6 – 15 m/h) nên diện tích xây dựng bể nhỏ và do cơ giới hoá công tác rửa bể nên làm giảm nhẹ công tác quản lý và nó đã trở thành loại bể lọc cơ bản, được sử dụng phổ biến trong các trạm cấp nước trên thế giới hiện nay. Tuy nhiên nó có nhược điểm là tốn ống và thiết bị, tăng chi phí quản lý (nhất là chi phí điện năng cho việc rửa bể). ===> Kết luận: qua phân tích như trên ta dùng bể lọc nhanh phổ thông . Bể chứa Chọn bể chứa có mặt bằng hình chữ nhật, đặt nửa chìm nửa nổi để thuận tiện cho việc bố trí bể lọc. Bên trên bể có nắp đậy, ống thông hơi và lớp đất trồng cây cỏ để giữ cho nước khỏi nóng. Trạm bơm cấp II Máy bơm cấp II được chọn lắp đặt là bơm ly tâm trục ngang. Máy bơm được gắn thiết bị biến tần để cho phép thay đổi lưu lượng của máy bơm tuỳ theo nhu cầu sử dụng khác nhau của các giờ trong ngày. THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Qua phân tích như trên ta chọn được sơ đồ công nghệ xử lý hoàn chỉnh với công suất 20000 m3/ngày đêm cho trạm xử lý như sau Hình 4.1 – Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước Nước nguồn Bơm nư ớc Bể chứa nước sạch Công trình thu Xe chở Bể lọc nhanh Sân phơi bùn Mạng lưới phân phối Bể trộn đứng Bể phản ứng Bể lắng ngang Bể tiêu thụ phèn Bể tiêu thụ vôi Bể hòa tan phèn Nước - Phèn Clo lỏng Bơm định lượng Clorator Bể tôi vôi Vôi cục - nước Trạm bơm cấp I Bể thu hồi nước rửa lọc Trạm bơm cấp II Bơm gió Nước bơm tuần hoàn lại bể trộn Đường ống dẫn nước Đường ống dẫn bùn Đường ống dẫn hóa chất Đường ống dẫn khí Đường nước tuần hoàn GHI CHÚ Dây chuyền công nghệ này đã được áp dụng tại xí nghiệp cấp nước Dĩ An – huyện Thuận An tỉnh Bình Dương công suất 90.000 m3/ngày đêm (do Đan Mạch viện trợ). Đó là nơi cũng có điều kiện về nguồn nước thô và quy mô công suất tương tự. Kết quả là trong quá trình hoạt động chất lượng nước sau xử lý luôn đạt tiêu chuẩn và ổn định ngay cả khi có sự thay đổi về chất lượng và lưu lượng của nguồn nước thô. Từ trạm bơm cấp I, nước sông Đồng Nai được đưa đến bể trộn đứng của trạm xử lý qua hệ thống ống dẫn nước thô bằng bơm ly tâm trục ngang. Nước ở bể trộn luôn được giữ ở mức ổn định nhất để có thể tạo dòng tự chảy cho các công trình phía sau. Tại bể trộn, các hoá chất như phèn, vôi được châm vào với liều lượng tuỳ thuộc vào điều kiện nước nguồn (liều lượng hóa chất cho phòng thí nghiệm làm thí nghiệm jartest hàng ngày đưa ra). Nước sau khi đã được trộn đều với hoá chất sẽ chảy qua mương tách khí của bể phản ứng nhằm đảm bảo tách được bọt khí, nâng cao hiệu quả lắng và hiệu quả của các công trình phía sau. Nước từ mương tách khí được phân phối bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng bằng các máng phân phối. Bể phản ứng có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn đủ lớn và sẽ lắng lại trong bể lắng.Vận tốc nước dâng trong bể phản ứng là 1.6 mm/s. Từ các máng phân phối sử dụng hệ thống ống đứng để đưa nước xuống đáy bể. Bể phản ứng được xả cặn định kỳ. Nước từ bể phản ứng chảy tràn qua tường chắn hướng dòng sang bể lắng ngang với tốc độ không vượt quá 0.05 m/s. Sau tường chắn hướng dòng cuối cùng ta đặt 1 vách hướng dòng ngập sâu 1/3 bể lắng ngang. Nước sau khi qua bể phản ứng tạo bông cặn, hạt cặn đã có kích thước lớn được dẫn sang bể lắng ngang để giữ lại các hạt cặn trong bể lắng này. Quá trình lắng các hạt cặn có khả năng keo tụ trong bể lắng ngang có dòng nước chuyển động theo phương ngang như sau: các hạt cặn có kích thước và vận tốc lắng khác nhau phân bố đều trong thể tích nước, khi lắng các hạt cặn có kích thước và trọng lượng lớn hơn rơi với vận tốc lớn hơn, khi rơi va chạm vào các hạt bé lắng chậm hoặc lơ lửng trong nước, dính kết với các hạt bé thành hạt lớn hơn nữa và có tốc độ lắng lớn hơn. Hạt cặn rơi với chiều cao H càng lớn và thời gian lắng T càng lớn thì sự xuất hiện các hạt cặn to lắng với tốc độ lớn càng nhiều. Tuy nhiên khi hạt cặn đã dính kết với nhau thành hạt có kích thước lớn, khi lắng chịu cản của nước lớn hơn, đến lúc nào đó lực cản thành lực cắt đủ lớn để chia hạt cặn có đường kính to thành nhiều mảnh nhỏ, đến lượt mình các hạt cặn nhỏ này lại kết dính với nhau hoặc với các hạt khác thành hạt lớn hơn. Vì vậy, hiệu quả lắng các hạt keo tụ phụ thuộc vào vận tốc lắng ban đầu uo và chịều cao lắng cũng như thời gian lắng T. Bể lắng ngang thu nước bề mặt được tính toán với vận tốc lắng cặn là 0,5 mm/s. Trong bể lắng ngang có đặt hệ thống xích cào cặn và cặn được thu về một hố thu ở đầu bể lắng và xả ra ngoài bằng 2 ống xả cặn. Thu nước sau lắng bằng các máng thu nước răng cưa inox có đáy máng đặt nằm ngang có chiều dài là 2/3 bể lắng ngang. Nước từ bề lắng được đưa đến các bể lọc nhanh chia thành 2 dãy bằng mương dẫn và phân phối vào mỗi bể lọc bằng các máng phân phối để nước được phân phối đều trên diện tích bề mặt mỗi bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và vi khuẩn mà bể lắng không có khả năng giữ được. Vật liệu lọc được dùng là cát thạch anh 1 lớp, có đường kính hạt từ 0.5 ¸ 1.25 mm. Nước sau khi qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống chụp lọc và được thu vào hệ thống ống thu nước lọc và đưa đến bể chứa. Ở bể lọc nhanh, nước đi qua lớp vật liệu lọc với tốc độ tương đối lớn, nên sức dính kết của của nhiều hạt cặn không đủ để giữ chúng lại trên bề mặt cát lọc. Như vậy hiệu quả lọc là kết quả của hai quá trình ngược nhau : quá trình kết bám của các hạt cặn trong nước lên bề mặt hạt lọc và quá trình tách cặn bẩn từ bề mặt hạt lọc đưa vào lớp cát lọc phía dưới. Hai quá trình này diễn ra đồng thời và lan dần theo chiều sâu lớp vật liệu lọc. Ứng với thời điểm ban đầu của chu kỳ lọc hàm lượng cặn trong nước giảm rất nhanh theo chiều dày lớp cát lọc. Đa số cặn bẩn được giữ lại ở trên cùng, lúc này quá trình kết bám cặn bẩn diễn ra là chủ yếu. Ở những thời điểm sau, đa số các hạt cặn bị đẩy sâu vào lớp vật liệu lọc ở phía dưới chứng tỏ lúc đó các hạt cặn không còn khả năng kết bám lên bề mặt hạt lọc. Chiều dầy của lớp bão hòa cặn tăng lên đến khi xấp xỉ bằng chiều dày lớp cát lọc, thì lớp cát lọc không còn khả năng giữ cặn nữa. Có bao nhiêu cặn đi vào lớp vật liệu lọc, thì cũng có bấy nhiêu cặn đi ra khỏi lớp vật liệu lọc. Khi đó ta tiến hành rửa bể lọc bằng gió và nước kết hợp. Nước rửa được bơm từ bể chứa nước sạch bằng máy bơm, nước rửa qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc lọc qua lớp sỏi đỡ, lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa, rồi đựơc xả ra ngoài theo mương thoát nước.Nước rửa lọc được thu vào các ống đưa ra bể thu hồi nước rửa lọc. Tại đây nước rửa lọc được cho lắng sơ bộ sau đó bơm phần nước trong trở về bể trộn để tiếp tục xử lý. Nước sau khi qua bể lọc được dẫn đến bể chứa nước sạch. Tại đây, lượng Clo được châm vào đủ để khử trùng nước và đảm bảo lượng Clo dư đạt tiêu chuẩn trong mạng lưới nước cấp. Nước được đưa đến hố hút. Nước từ hố hút được các bơm biến tần ở trạm bơm cấp II hút và bơm cấp vào mạng lưới tiêu thụ. TÍNH TOÁN LƯỢNG HÓA CHẤT CẦN DÙNG Phèn nhôm Khi xử lý nước đục lượng phèn nhôm cần thiết lấy theo TCXD – 33:1985 Bảng 4.1 – Liều lượng phèn để xử lý nước đục Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/l) Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước (mg/l) Đến 100 25 – 35 101 - 200 30 – 45 201 - 400 40 - 60 104 - 600 45 - 70 601 - 800 55 - 80 801 - 1000 60 - 90 1001 - 1400 65 - 105 Do hàm lượng cặn của nước nguồn là 186 mg/L (xem bảng 3.1) nên ta chọn lượng phèn nhôm không chứa nước dùng để xử lý là 40 mg/L Khi xử lý nước có màu Lượng phèn tính theo độ màu : . Chọn lượng phèn là 50 mg/l. Vậy lượng phèn cần dùng để xử lý nước nhằm giảm cả độ đục và độ màu của nước Lượng phèn thô 35% tính theo sản phẩm không ngậm nước cần dùng trong một ngày : Lượng phèn lớn nhất cần sử dụng là a = 2858 kg/ngày, nồng độ P = 50mg/l. Lượng phèn dự trữ trong một tháng : Diện tích sàn kho cần thiết Trong đó Q : công suất trạm xử lý (m3/ngày); Q = 20000 m3/ngày. P : liều lượng hóa chất tính toán (g/m3); PAl = 50 g/m3. T : thời gian giữ hóa chất trong kho; chọn T = 1 tháng = 30 ngày a : hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho; a = 1.3 G0 : khối lượng riêng của hóa chất (tấn/m3); G0 = 1.2 tấn/m3. PK : độ tinh khiết của hóa chất (%); PK = 65% h : chiều cao cho phép của lớp hóa chất; phèn nhôm cục có h = 2m. Thiết kế kho có cửa lớn ở đầu hồi để ôtô có thể lùi vào đổ vôi trực tiếp vào kho, chung quanh xây kín để chống mưa, bụi, có cửa thông hơi thoáng gió để hạ độ ẩm của không khí trong kho. Kho xây liền với gian đặt các công trình chuẩn bị dung dịch phèn. Công trình chuẩn bị dung dịch phèn Các công trình và thiết bị chuẩn bị dung dịch và định liều lượng chất phản ứng gồm: thùng hòa trộn, thùng tiêu thụ, thiết bị định liều lượng chất phản ứng; ngoài ra còn cần phải có kho chứa hóa chất, thiết bị vận chuyển hóa chất, cân đong đo hóa chất, bơm hóa chất và các ống dẫn hóa chất. Phèn cục thường chứa nhiều tạp chất và hòa tan chậm, để đảm bảo cho phèn được hòa tan đều trong nước người ta pha phèn làm hai bậc. Trước tiên, phèn cục được đưa vào bể hòa trộn để hòa tan thành dung dịch có nồng độ cao và loại bỏ cặn bẩn. Sau đó dung dịch này được dẫn sang bể tiêu thụ để pha loãng thành nồng độ sử dụng. Bể hòa trộn phèn Có nhiệm vụ hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Nồng độ dung dịch phèn trong bể thường cao nhưng không được vượt quá nồng độ bão hòa Để hòa tan phèn và trộn đều trong bể có thể dùng không khí nén, máy khuấy hoặc bơm tuần hoàn. Ta chọn phương pháp dùng không khí nén vì phương pháp này đơn giản, dễ lắp đặt và vận hành. Bể hòa trộn xây bằng bêtông cốt thép, mặt trong bể phải được bảo vệ bằng lớp vật liệu chịu axit để chống tác dụng ăn mòn của dung dịch phèn như ốp gạch men chống axit hoặc phủ một lớp xi măng chịu axit. Bể phải được thiết kế với tường đáy nghiêng một góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang. Sàn đỡ phèn gồm các thanh gỗ xếp cách nhau từ 10 ¸ 15mm. Lớp sàn đỡ đặt cách đáy bể 0.5m, bên dưới sàn đỡ đặt một dàn ống phân phối khí nén làm bằng vật liệu chịu axit là thép chống ăn mòn. Tốc độ không khí trong ống lấy bằng 10 ¸ 15m/s (chọn 10m/s). các ống phân phối khí nén có khoan một hàng lỗ nghiệng 450 so với phương thằng đứng và hướng xuống dưới. Đường kính lỗ d = 3 ¸ 4mm, tốc độ khí qua lỗ bằng 20 ¸ 30 m/s. Áp lực không khí nén lấy bằng 1 ¸ 1.5 atm, cường độ sục khí trong bể hòa trộn lấy bằng 8 ¸ 10 L/sm2. Đường ống dẫn nước sạch vào bể được chọn trên cơ sở làm đầy dung tích bể không quá 1 giờ. Ta chọn ống uPVC 60 để dẫn nước vào bể. Để xả cặn, bể bố trí ống xả có đường kính 150mm bằng thép chống ăn mòn. Quá trình hòa tan phèn cục kéo dài từ 2 ¸ 3 giờ. Sau đó tắt khí nén để dung dịch phèn lắng trong khoảng 2 ¸ 3 giờ nữa rồi mới đưa sang bể tiêu thụ. Dung tích bể hòa trộn : Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lí (m3/giờ), Q = 20000 m3/ngày = 834m3/giờ. P : Liều lượng phèn cần thiết lớn nhất (g/m3), P = 50 mg/L = 50g/m3. n : Thời gian giữa hai lần hòa trộn (giờ); n = 24 giờ b1 : nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (%) (qui phạm 10 – 17%). Chọn b1 = 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. : Khối lượng riêng của dung dịch phèn (T/m3), . Chọn số bể hòa tan phèn là N = 1 Bể được thiết kế hình tròn, đường kính bể bằng chiều cao công tác của bể Tổng chiều cao bể : Hb = 1.87 + 0.5 = 2.37(m) (chiều cao dự trữ 0.5m). Thể tích xây dựng của bể Theo quy phạm lấy cường độ khí nén ở bể hòa trộn là 10 L/sm2. Diện tích của bể hòa trộn là Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hòa trộn Trong đó: W : cường độ sục khí trong bể (L/sm2), W = 10 L/sm2 S : diện tích bề mặt bể (m2), S = 2.75 m2 Đường kính ống dẫn gió đến bể hòa trộn (Theo quy phạm v = 10 ¸ 15 m/s. Lấy v = 10 m/s) Đường kính ống nhánh vào bể hòa trộn: thiết kế 2 nhánh Tính số lỗ khoan trên giàn ống gió ở bể hòa trộn Theo quy phạm: dl = 3 ¸ 4 mm; chọn dl = 3 mm Vl = 20 ¸ 30 m/s; chọn vl = 25 m/s Diện tích lỗ Tổng diện tích các lỗ trên 1 ống nhánh Số lỗ trên 1 nhánh Bảng 4.2 - Các thông số thiết kế của bể hòa trộn phèn Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể hòa trộn phèn 01 bể Bê tông cốt thép Đường kính bể D 1.87 m - Chiều cao bể HXD 2.37 m - Đường kính ống gió 50 mm thép Bể tiêu thụ phèn Có nhiệm vụ pha loãng dung dịch phèn đưa từ bể hòa trộn sang đến nồng độ cho phép. Theo TCVN – 33:85 nồng độ phèn trong bể tiêu thụ lấy bằng 4 ¸ 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. Ta chọn là 5%. Để hòa trộn đều dung dịch phèn trong bể tiêu thụ cũng dùng không khí nén hoặc máy khuấy. Ta chọn phương pháp dùng hko6ng khí nén với cường độ sục khí trong bể tiêu thụ là 3 ¸ 5 L/sm2. Bể tiêu thụ cũng được thiết kế giống như bể hòa trộn phèn nhưng không cần có ghi đỡ phèn cục. Các công trình chuẩn bị dung dịch phèn cần bố trí ở nơi thuận tiện cho việc vận chuyển, hòa trộn và vệ sinh. Thông thường được bố trí ở gần bể trộn. Kho phèn đặt liền ngay nhà pha phèn để tiện việc vận chuyển. Dung tích bể tiêu thụ : Trong đó: W1 : Dung tích bể hòa trộn W1 = 5.1 m3. b1 : Nồng độ dung dịch trong bể hòa trộn b1 = 10%. b2 : Nồng độ dung dịch trong bể tieu th b2 = 5% (qui phạm 4 – 10%). Thiết kế 2 bể tiêu thụ phèn, 1 làm việc và 1 dự trữ. Bể được thiết kế hình tròn, đường kính bể bằng chiều cao công tác của bể Tổng chiều cao bể : Hb = 2.4 + 0.5 = 2.9 (m) (chiều cao dự trữ 0.5m). Thể tích xây dựng của bể tiêu thụ Theo quy phạm lấy cường độ khí nén ở bể tiêu thụ là 5 L/sm2. Tổng diện tích của 2 bể tiêu thụ là Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể tiêu thụ Trong đó: W : cường độ sục khí trong bể tiêu thụ (L/sm2), W = 5 L/sm2 S : diện tích bề mặt bể (m2), S = 9 m2 Đường kính ống dẫn gió đến bể tiêu thụ Đường kính ống dẫn gió đến đáy bể tiêu thụ (Theo quy phạm v = 10 ¸ 15 m/s. Lấy v = 10 m/s) Đường kính ống nhánh vào bể tiêu thụ: thiết kế 2 nhánh Tính số lỗ khoan trên giàn ống gió ở bể hòa trộn Theo quy phạm: dl = 3 ¸ 4 mm; chọn dl = 3 mm Vl = 20 ¸ 30 m/s; chọn vl = 25 m/s Diện tích lỗ Tổng diện tích các lỗ trên 1 ống nhánh Số lỗ trên 1 nhánh Tổng lưu lượng gió đưa vào 1 bể hòa trộn và 2 bể tiêu thụ là Qgió = Qh + Qt = 1.65 + 2.7 = 4.35 (m3/ph) Chọn máy thổi khí loại BB – H – 12 có các chỉ số Qg = 4.5 m3/ph, N = 40 kW, H = 15m, n = 960 vòng/phút (chọn 2 máy, 1 làm việc và 1 dự phòng). Máy bơm định lượng phèn Chọn bơm định lượng để đưa dung dịch phèn vào bể trộn Lưu lượng dung dịch phèn 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ : Cột áp bơm : H = 8 m. Công suất bơm : qb : lưu lượng bơm, qb = 0,232.10-3 m3/s. r : khối lượng riêng của dung dịch, r = 997 kg/m3 g : gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s2. H : cột áp bơm, H = 8 m. h : hiệu suất chung của bơm h = 0.72 – 0.93. Chọn h = 0.8. Chọn máy bơm định lượng kiểu màng, loại chịu được axit có lưu lượng thay đổi từ 0.2 – 1.2 m3/h, công suất bơm 23 W. Trong trạm bố trí 2 máy, 1 làm việc 1 dự phòng. Bảng 4.3 - Các thông số thiết kế của bể tiêu thụ phèn Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể tiêu thụ phèn 02 bể Bê tông cốt thép Đường kính bể D 2.4 m - Chiều cao bể HXD 2.9 m - Đường kính ống gió 60 mm thép Vôi Vôi được dùng để kiềm hóa nước, làm mềm nước hoặc ổn định nước. Vôi cho vào nước có thể ở dạng vôi sữa hay vôi bão hòa. Ở đây ta chọn phương pháp dùng vôi sữa châm vào bể trộn cùng lúc với dung dịch phèn nhôm. Liều lượng vôi dùng để kiềm hóa Trong đó : e2 : Trọng lượng đương lượng của vôi CaO, e2 = 28. P : liều lượng phèn sử dụng (mg/l); PAl = 50 mg/l. e1 : trọng lượng đương lượng của phèn nhôm, e1 = 57. K0 : độ kiềm của nhỏ nhất của nước nguồn, K = 1,2 mgđl/l. 1 : độ kiềm dự phòng của nước (mgđl/l). c : tỉ lệ chất kiềm hóa nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng, c = 75%. Lượng vôi cần sử dụng trong 1 ngày Lượng vôi dự trữ trong 15 ngày Diện tích sàn kho cần thiết Trong đó Q : công suất trạm xử lý (m3/ngày); Q = 20000 m3/ngày. P : liều lượng hóa chất tính toán (g/m3); PAl = 25.28 g/m3. T : thời gian giữ hóa chất trong kho; chọn T = 1 tháng = 30 ngày a : hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho; a = 1.3 G0 : khối lượng riêng của hóa chất (tấn/m3); G0 = 1.2 tấn/m3. PK : độ tinh khiết của hóa chất (%); PK = 75% h : chiều cao cho phép của lớp hóa chất; vôi cục có h = 1.5m. Thiết kế kho có cửa lớn ở đầu hồi để ôtô có thể lùi vào đổ vôi trực tiếp vào kho, chung quanh xây kín để chống mưa, bụi, có cửa thông hơi thoáng gió để hạ độ ẩm của không khí trong kho. Kho xây liền với gian đặt các công trình chuẩn bị dung dịch vôi. Công trình chuẩn bị dung dịch vôi Rọ tôi vôi Mỗi lần tôi dùng băng tải vận chuyển 80 kg vôi đưa vào rọ, thể tích rọ cần thiết Rọ có tiết diện hình chữ nhật 0.5m x 0.4m x 0.4m; thể tích rọ Rọ làm bằng thép không rỉ, đáy rọ và lưới thép 5mm x 5mm. Bể tiêu thụ chứa dung dịch vôi sữa 5% Sau mỗi lần tôi, sữa vôi từ bể tôi vôi tự chảy theo máng hở về bể tiêu thụ chứa sữa vôi. Mỗi lần tôi 10 mẻ liên tục được 800kg. Mỗi lần tôi 800kg vôi thị trường tức 800 x 75% = 600 kg vôi tinh khiết Thể tích bể tiêu thụ chứa sữa vôi nồng độ 5% sẽ là Trong trạm bố trí 3 bể, 2 làm việc cùng lúc và 1 dự phòng. Bể được thiết kế hình tròn, đường kính bể bằng chiều cao công tác của bể Bể pha vôi sữa có tiết diện hình tròn đường kính D = 1.7 m, gồm 2 phần: phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0.2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ Chiều cao phần hình chóp Chiều cao dự trữ : Hdt = 0.3m (qui phạm 0.3 – 0.4m ). Tổng chiều cao bể pha vôi sữa : H = Ht + Hdt + Hch = 1.7 + 0.3 + 1.3 = 3.3 (m). Thể tích xây dựng của bể Để giữ cho sữa vôi không bị lắng và có nồng độ đều 5% phải liên tục khuấy trộn bằng máy khuấy. Chọn máy khuấy kiểu tuabin chong chóng lắp 3 cánh quạt. Bảng 4.4 - Số vòng quay và công suất máy khuấy D (m) 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,4 2,6 d(mm) 150 200 250 300 300 400 500 600 600 a (mm) 210 280 350 420 420 480 500 600 600 n(vịng/pht) 1000 630 800 400 500 500 400 250 320 N (kW) 0,2 0,37 0,6 0,75 1,1 2,2 3,0 5,0 6,6 D : đường kính bể (m). d : đường kính cánh quạt (mm). a : bước trục vít (mm). n : số vòng quay của trục (vòng/phút). N : công suất động cơ (kW). Tra bảng trên, do D = 1.7 m nên máy khuấy có các thông số như sau : Đường kính cánh quạt : d = 425 mm. Bước trục vít : a = 500 mm. Số vòng quay của trục : n = 500 vòng/phút. Công suất : N = 2.2 kW. Máy bơm định lượng vôi Lưu lượng vôi sữa 5% phải đưa vào nước trong 1 giờ Chọn bơm định lượng kiểu màng. Trong trạm đặt 2 bơm, 1 làm việc và 1 dự phòng. Bảng 4.5 - Các thông số thiết kế của bể tiêu thụ vôi Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể tiêu thụ vôi 03 bể Bê tông cốt thép Đường kính bể D 1.7 m - Chiều cao bể HXD 3.3 m - Khử trùng nước Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng của quá trình xử lý nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt. Mục đích của việc khử trùng là tiêu diệt hoàn toàn vi trùng gây bệnh trong nguồn nước. Có nhiều biện pháp khử trùng nước như khử bằng chất oxy hóa mạnh, khử bằng tia vật lý, khử bằng siêu âm, khử bằng nhiệt, khử bằng các ion kim loại nặng… Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng, cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hóa mạnh để oxi hóa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Clo là một chất oxi hoá mạnh, ở bất cứ dạng nào, đơn giản hay hợp chất, khi tác dụng với nước đều tạo thành phân tử HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình khử trùng xảy ra hai giai đoạn, đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong tế bào. Tốc độ của quá trình khử trùng nhanh khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng giảm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. Phản ứng thủy phân giữa Clo và nước xảy ra như sau: Cl2 + H2O ® HCl + HClO Axit hypoclorit HClO rất yếu, không bền và dễ dàng phân ly thành HCl và oxi nguyên tử HClO ® HCl + O Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- HOCl ® H+ + OCl- Cả HOCl, OCl- và O là những chất oxi hóa mạnh có khả năng tiêu diệt vi trùng. Thời gian tiếp xúc không được nhỏ hơn 30 phút, Clo dung dịch được bơm vào đường ống dẫn vào bể chứa nước sạch. Liều lượng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ được tính theo công thức Trong đó: Q: lưu lượng nước nguồn xử lý (m3/h). Q = 834 m3/h. a: liều lượng Clo hoạt tính (lấy theo tiêu chuẩn 6.165 20TCN 33-1985). Chọn a = 3 mg/l = 3 g/m3. Liều lượng Clo cần thiết sử dụng trong một ngày là: 2.502 x 24 = 60.048 kg Liều lượng clo sử dụng trong 1 tháng là 60.048 x 30 = 1801.44 kg Để đảm bảo khả năng phản ứng diệt trùng xảy ra triệt để, còn có tác dụng đến điểm dừng nước ở cuối mạng lưới, ta cần đưa thêm vào nước lượng clo dư cần thiết ngoài lượng clo tính toán. Theo TCXD – 33:1985 liều lượng clo dư ở đầu mạng lưới tối thiểu là 0.5 mg/L và ở cuối mạng lưới là 0.05 mg/L và không được dư tới mức tạo mùi khó chịu. Đối với nước mặt hàm lượng clo là 2 ¸ 3 mg/L. Ở đây dùng clo lỏng để khử trùng với liều lượng 3 mg/L. Clo lỏng là một dạng clo nguyên chất màu vàng xanh, trọng lượng riêng 1.47 kg/L. Khi dùng clo lỏng để khử trùng nước thì phải đặt thiết bị chuyên dùng để đưa clo vào nước gọi là clorator. Clorator có chức năng pha chế và định lượng clo hơi vào nước. Để tránh tình trạng đưa clo vào nước với áp suất cao, hay bị rò hơi clo ra ngoài gây nguy hiểm nên ta chọn sử dụng clorator chân không loại tỉ lệ để có thể đưa lượng clo vào nước tương ứng với sự thay đổi lưu lượng nước xử lý. Khi dùng clorator chân không cần cung cấp nước có chất lượng nước sinh hoạt với áp suất không nhỏ hơn 3 kg/cm2 cho buồng định lượng clo. Lượng nước tính toán để clorator làm việc lấy bằng 0.6 m3/1kg clo. Nước clo xả ra trong trường hợp có sự cố phải cho qua bể chứa có chất khử khí. Trang bị cho trạm 2 clorator chân không, 1 làm việc và 1 dự phòng. Đặt 3 bình clo loại 900 kg/bình. Để dẫn clo lỏng và clo khí phải dùng ống thép đúc hoặc các loại ống khác đảm bảo độ kín và chịu được áp lực cần thiết khi vận chuyển khí clo từ kho đến máy định liều lượng. Trạm phải được thông gió thường xuyên bằng quạt với tần suất 12 lần trong 1 giờ. Không khí được hút ở đểm thấp sát mặt sàn và xả ra ở điểm cao hơn 2m so với nóc nhà cao nhất trạm. Cần phải trang bị phương tiện phòng hộ, thiết bị vận hành hệ thống bảo hiểm, thiết bị báo nồng độ hơi clo trong buồng công tác. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG CỤM XỬ LÝ 4.5.1 Bể trộn đứng (Bể trộn thủy lực) Thường sử dụng trong trường hợp có dùng vôi sữa để kiềm hóa nước với công suất bất kỳ. Vì chỉ có bể trộn đứng mới bảo đảm giữ cho các phần tử vôi ở trạng thái lơ lửng, làm cho quá trình hòa tan vôi được thực hiện triệt để. Còn nếu dùng các bể trộn khác thì có thể vôi sẽ bị kết tủa trước các tấm chắn. Kinh nghiệm cho thấy diện tích tối đa của một bể trộn đứng không nên lớn hơn 15 m2, vì khi diện tích mặt bằng càng lớn thì khả năng trộn đều hóa chất với nước càng kém Bể trộn đứng có hình dạng mặt bằng vuông hoặc tròn, phần dưới cấu tạo hình tháp hoặc chóp với góc ở đáy a = 30 ÷ 400. Nguyên tắc hoạt động của bể trộn đứng: nước đưa vào xử lý chảy từ dưới lên. Tốc độ dòng nước đưa vào phía đáy vđ = 1 ¸ 1.5 m/s. Với tốc độ này sẽ tạo nên chuyển động rối, làm cho nước trộn đều với dung dịch phản ứng. Nước vào từ đáy dâng lên với tốc độ nước dâng vd = 25 mm/s. Sau đó theo máng vòng quanh bể chảy sang công trình tiếp theo. Tốc độ nước chảy trong máng vm = 0.6 m/s. thời gian nước lưu lại trong bể không vượt quá 2 phút. Công suất bể trộn Q = 20000 m3/ngđ = 834 m3/h = 13.9 m3/phút = 0.232 m3/s Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn Trong đó Q : công suất của bể trộn, Q = 0.232 m3/s vd : vận tốc nước dâng, vd = 25 mm/s Chọn mặt bằng phần trên của bể trộn có dạng hình tròn, thì đường kính sẽ là (m) Chọn đường kính ống dẫn nước nguồn vào bể là D = 500 mm. Thì đường kính ngoài của ống dẫn nước vào bể sẽ là 540 mm. Ứng với Q = 232 L/s thì v = 1.12 m/s tức là nằm trong giới hạn cho phép từ 1 ÷ 1.5 m/s. Do đó diện tích đáy bể (chỗ nối với ống) sẽ là Chọn góc nón µ = 400 thì chiều cao phần hình tháp (phần dưới bể) sẽ là Thể tích phần hình tháp (phần dưới) của bể trộn bằng Thể tích toàn phần của bể trộn với thời gian lưu lại của nước trong bể là 1.5 phút sẽ là Thể tích phần trên của bể sẽ là Chiều cao phần trên của bể là Chọn chiều cao bảo vệ cho bể là 0.5 m Chiều cao toàn phần của bể sẽ là Dự kiến thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo hai hướng ngược chiều nhau; vì vậy lưu lượng nước tính toán của máng sẽ là Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm = 0.6 m/s sẽ là Chọn chiều rộng máng bm = 0.5 m thì chiều cao lớp nước tính toán trong máng sẽ là Độ dốc của máng về phía ống lấy nước ra lấy bằng 2% Tổng diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy qua lỗ: vl = 1 m/s sẽ là Chọn đường kính lỗ dl = 50 mm thì diện tích của mỗi lỗ sẽ là: fl = 0.002 m2. Tổng số lỗ trên thành máng sẽ là Các lỗ được bố trí ngập trong nước 100 mm (tính đến tâm lỗ), chu vi phía trong của máng sẽ là Khoảng cách giữa các tâm lỗ Khoảng cách giữa các lỗ Với Q = 232 L/s chọn ống dẫn sang bể phản ứng d = 500 mm ứng với v = 0.92 m/s (quy phạm là 0.8 ÷ 1 m/s). Bảng 4.6 - Các thông số thiết kế của bể trộn đứng Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể trộn đứng 01 bể Bê tông cốt thép Đường kính phần trên bể Dt 3.5 m - Chiều cao phần dưới bể hd 4.1 m - Chiều cao phần trên bể ht 1.4 m - Chiều cao toàn phần h 6.0 m - Chiều rộng máng bm 0.5 m - Chiều cao máng 0.4 m - Ong dẫn nước vào bể 500 mm Thép Ong dẫn nước ra 500 mm - 4.5.2 Bể lắng ngang Lắng nước là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Trong công nghệ xử lý nước quá trình lắng xảy ra rất phức tạp, chủ yếu lắng ở trạng thái động (trong quá trình lắng nước luôn chuyển động), các hạt cặn không tan trong nước là tập hợp hạt không đồng nhất kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng khác nhau) và không ổn định (luôn thay đổi hình dạng, kích thước trong quá trình lắng do dùng chất keo tụ). Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật làm bằng bê tông cốt thép, sử dụng trong các trạm có công suất lớn. Cấu tạo bể lắng ngang gồm bốn bộ phận chính Bộ phận phân phối nước vào bể. Vùng lắng cặn. Hệ thống thu nước đã lắng. Hệ thống thu xả cặn. Để lắng ngang làm việc có hiệu quả, trước tiên phải xác định được kích thước vùng lắng một cách hợp lí dựa vào lý thuyết lắng cặn trong bể lắng ngang đã được nghiên cứu. Chọn tốc độ lắng tự do của hạt cặn nhỏ nhất cần giữ lại u0 = 0.5 mm/s (quy phạm 0.5 ÷ 0.6 mm/s). U0 được xác định theo tài liệu thí nghiệm hay theo kinh nghiệm quản lý các công trình đã có trong điều kiện tương tự lấy vào mùa không thuận lợi nhất trong năm, với yêu cầu hàm lượng cặn của nước đã lắng không quá 12 mg/L. Chọn chiều cao vùng lắng H0 = 3.0 m (quy phạm 2.5 ÷ 3.5 m) Chọn tỉ số L/H0 = 15; từ đó ta có Hệ số phụ thuộc vào chiều dài và chiều sâu của vùng lắng K = 10 Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của thành phần vận tốc rối của dòng nước theo phương thẳng đứng µ = 1.5 Vận tốc trung bình của dòng nước trong bể Diện tích mặt bằng bể Chọn số bể lắng ngang là N = 02 bể Chiều rộng bể là Chiều dài bể lắng sẽ là Tỉ số L/H0 theo tính toán sẽ là 45/3 = 15 đúng bằng tỉ số đã chọn. Khi hạt cặn lắng trong dòng chảy ngang, hạt cặn chịu ảnh hưởng của hai hệ số Reynold của bản thân hạt cặn và của dòng chảy ngang của bể lắng. Trong kỹ thuật xử lý nước, hệ số Reynold của hạt lắng rất nhỏ và hạt lắng luôn trong trạng thái chảy tầng không cần xét đến, chỉ có hệ số Reynold của dòng chảy ngang trong bể là cần xét đến. Khi Re 2000 dòng chảy ngang trong bể là dòng chảy rối. Trong thực tế không thể cấu tạo bể lắng để có dòng chảy tầng, vì thế quá trình lắng cặn trong bể lắng xảy ra chậm hơn trong ống nghiệm do chuyển động rối, với sự xuất hiện của thành phần tốc độ của dòng chảy theo hướng thẳng đứng và ngang. Vì thế tại mỗi thời điểm trị số thực và hướng tốc độ chuyển động của hạt cặn trong quá trình lắng là vector tổng hợp của ba vector thành phần: thành phần chuyển động ngang, thành phần thẳng đứng và tốc độ lắng của hạt dưới tác dụng của trong lực. Vì vậy để bể lắng ngang có thể hoạt động hiệu quả thì hệ số Reynold của dòng chảy không được quá lớn đủ để phá vỡ các đám mây bông cặn hình thành trong quá trình lắng. Do đó bằng nhiều thực nghiệm các nhà khoa học đã tìm ra được hệ số Re cho bể lắng ngang là không lớn hơn 20000. Vận tốc nước chảy trong bể Bán kính thủy lực Độ nhớt động học ===> (chấp nhận) Nước từ bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng chuyển qua bể lắng ngang qua vách ngăn sát thành tràn, ngập sâu trong nước chiều cao bể lắng hướng dòng nước chảy xuống phân bố đều trên bể và tránh xáo động bề mặt bể. Chiều cao nước trên thành tràn Trong đó Q : lưu lượng nước qua 1 bể lắng, bằng 0.116 m3/s. B : chiều rộng bể lắng, bằng 7.73 m. v : vận tốc nước qua thành tràn, bằng 0.05 m/s. Phần thu nước sau bể lắng dùng hệ thống máng răng cưa inox đặt ngập trong mặt nước cuối bể. Chiều dài máng: Tốc độ trong máng thu lấy vm = 0.6 m/s (quy phạm 0.6 ÷ 0.8 m/s) Bố trí 4 máng thu theo chiều dọc của bể lắng. Khoảng cách giữa các tâm máng Tiết diện của máng thu Chiều rộng máng chọn bm = 0.25 m Chiều sâu máng: Mép trên của máng cao hơn mực nước cao nhất trong bể 0.1 m. Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kì với thời gian giữa hai lần xả cặn T = 24 giờ. Thể tích vùng chứa nén cặn của bể lắng là (m3) Trong đó: T : thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn. T = 24 giờ. Q : lưu lượng nước đưa vào bể. Q = 834 m3/h. C : hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng 10 ÷ 12 mg/L. Chọn C = 12 mg/L. d : nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt. d = 10000 g/m3. N : số lượng bể lắng ngang; N = 2 bể. Cmax : hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng. Trong đó: Cn : hàm lượng cặn nước nguồn. Cn = 186 mg/L. P : liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước. P = 50 g/m3. K : hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng. Đối với phèn nhôm sạch K = 0.55 Đối với phèn nhôm không sạch K = 1.0 Đối với phèn sắt clorua K = 0.8 M : độ màu của nước nguồn theo thang màu PtCo. M = 1500 PtCo. v : liều lượng vôi kiềm hóa nước. v = 25.28 mg/L. Diện tích mặt bằng 1 bể lắng: Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn là: . Chọn Hc = 1 m Chiều cao trung bình của bể lắng: Chiều cao xây dựng của bể có kể chiều cao bảo vệ (0.3 ÷ 0.6 m) là: Mương thu nước từ máng thu của bể lắng chọn bề rộng Bmương = 0.7 m; chiều dài mương bằng chiều rộng bể Lmương = B = 7.73 m; chiều sâu của mương hmương = 1.2 m. Tổng chiều dài bể lắng kể cả mương thu nước: Thể tích bể lắng: Lượng nước tính bằng phần trăm mất đi khi xả cặn ở bể là: Với Kp: hệ số pha loãng khi xả cặn bằng thủy lực. Kp = 1.5 Thời gian xả cặn quy định t = 8 ÷ 10 phút; lấy t = 10 phút. Lưu lượng cặn ở bể: Đường kính ống xả cặn với qc = 0.442 m3/s; chọn dc = 450 mm ứng với vc = 2.76 m/s. Khi xả cặn mực nước trong bể hạ xuống: Bảng 4.7 - Các thông số thiết kế của bể lắng ngang Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể lắng ngang N 02 bể Bê tông cốt thép Chiều rộng bể B 7.73 m - Chiều dài bể L 45.9 m - Chiều cao bể HXD 4.6 m - Số lượng máng thu 04 máng Thép Chiều dài máng thu Lm 30 m - Chiều rộng máng thu bm 0.25 m - Chiều sâu máng thu hm 0.3 m - Chiều cao mương thu hmương 1.2 m Bê tông cốt thép Chiều rộng mương thu Bmương 0.7 m - Chiều dài mương thu Lmương 7.73 m - Đường kính ống xả cặn dc 450 mm Thép 4.5.3 Bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng Loại bể này thường được đặt trong phần đầu của bể lắng ngang. Đáy bể có tiết diện hình phểu với góc nghiêng giữa các cạnh là 450, nhằm mục đích làm giảm dần tốc độ dâng lên của dòng nước đồng thời tạo dòng nước đi lên đều để giữ cho lớp cặn lơ lửng được ổn định. Diện tích mặt bằng của bể phản ứng: Trong đó: v : tốc độ đi lên của dòng nước trong bể phản ứng ở phần trên. Ứng với hàm lượng cặn của nước nguồn 186 mg/L lấy v = 1.6 mm/s. N : số bể phản ứng lấy bằng số bể lắng ngang, N = 2 bể. Bề dày của lớp nước trên phần đáy nghiêng của bể phản ứng phải lớn hơn 3m. Lấy chiều rộng bể phản ứng bằng chiều rộng bể lắng ngang B = 7.73 m. Chiều dài bể phản ứng: Thời gian nước lưu lại trong bể không nhỏ hơn 20p. Thể tích bể phản ứng tính với thời gian nước lưu lại trong bể t = 20 phút Chiều cao bể phản ứng lấy bằng chiều cao bể lắng H = 4 m. Để tránh ảnh hưởng của dòng chảy ngang trên bề mặt, trong ngăn phản ứng đặt 04 tấm chắn hướng dòng vuông góc với dòng chảy ngang, khoảng cách giữa các tấm chắn chọn là 1.88 (m). Trong bể phản ứng đặt 05 máng phân phối nước vào đều đặt dọc theo trên diện tích bề mặt bể có các ống đứng dẫn nước từ máng xuống đáy bể. Chọn chiều rộng máng bm = 0.4 (m) Lưu lượng nước qua mỗi máng: Chọn mỗi ngăn có 10 ống đứng đưa nước xuống đáy bể Lưu lượng nước qua mỗi ống Dựa vào bảng tra thủy lực chọn ống uPVC D = 90 mm, v = 0.54 m/s Mỗi ống đứng phân bố ra 2 ống nhánh, lưu lượng qua mỗi ống nhánh Dựa vào bảng tra thủy lực chọn ống uPVC D = 60 mm, v = 0.54 m/s Nước được đưa từ bể phản ứng sang bể lắng ngang bằng tường tràn. Tốc độ nước từ ngăn phản ứng sang bể lắng vt = 0.05 m/s. Chiều cao lớp nước trên vách tràn: Sau tường tràn đặt một tấm ngăn hướng dòng ngập sâu đến chiều sâu bể lắng là để hướng dòng nước đi xuống phía dưới. Khoảng cách giữa tường bể phản ứng và tấm ngăn bể lắng tính với tốc độ nước chảy ở đây là vn = 0.03 m/s. (m) Bảng 4.8 - Các thông số thiết kế của bể phản ứng Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể phản ứng N 02 bể Bê tông cốt thép Chiều rộng bể B 7.73 m - Chiều dài bể L 9.4 m - Chiều cao bể HXD 4.6 m - Số lượng máng phân phối 05 máng - Chiều dài máng phân phối Lm 9.4 m - Chiều rộng máng phân phối bm 0.4 m - Chiều sâu máng phân phối hm 0.5 m - Đường kính ống trong máng 90 mm uPVC Số lượng ống 10 ống uPVC 4.5.4 Bể lọc nhanh Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước. Hàm lượng cặn trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏ hơn hoặc bằng 3 mg/L). Sau một thời gian làm việc lớp vật liệu lọc bị khít lại làm tốc độ lọc giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Bể lọc luôn luôn phải hoàn nguyên. Chính vì vậy quá trình lọc nước được đặc trưng bởi hai thông số cơ bản là tốc độ lọc và chu kỳ lọc. 4.5.4.1 Xác định kích thước bể lọc Chọn loại bể lọc cho trạm xử lý là loại bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh với cỡ hạt khác nhau. Lớp vật liệu lọc có: Đường kính nhỏ nhất: 0.5 mm. Đường kính lớn nhất: 1.25 mm. Đường kính tương đương: dtd = 0.7 ÷ 0.8 mm. Hệ số không đồng nhất: K = 2 ÷ 2.2 Mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45% Chiều dày lớp vật liệu lọc: 700 ÷ 800 mm. Tốc độ lọc làm việc ở chế độ bình thường vtb = 5.5 ÷ 6 m/h. Tốc độ lọc cho phép ở chế độ lọc tăng cường: vtc = 6 ÷ 7.5 m/h. Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý Trong đó: Q : lưu lượng trạm xử lý; Q = 20000 m3/ngđ. T : thời gian làm việc của trạm trong 01 ngày đêm; T = 24 giờ. Vtb : tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường; vbt = 6 m/h. W : cường độ nước rửa lọc; W = 12 L/sm2. A : số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường; a=1. t1 : thời gian rửa lọc; t1 = 0.1 giờ. t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa; t2 = 0.35 giờ. Số bể lọc cần thiết Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 01 bể để rửa nằm trong khoảng (6 ÷ 7.5) ==> đảm bảo. Diện tích 01 bể lọc là Chọn kích thước bể là: L x B = 6.1 x 4 = 24.4 (m2). Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh Trong đó: hđ : chiều cao lớp sỏi đỡ; hv = 0.7 m. hv : chiều dày lớp vật liệu lọc; hv = 0.8 m. hn : chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc; hn = 2 m. hp : chiều cao phụ; hp = 0.5 m. hs : chiều cao từ đáy bể đến sàn đỡ chụp lọc; hs = 1 m. hc : chiều cao sàn đỡ chụp lọc; hc = 0.1 m. 4.5.4.2 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc Chọn biện pháp rửa bể bằng gió, nước phối hợp. Cường độ nước rửa lọc W = 12 l/s.m2 (quy phạm là 12 ÷ 14 l/s.m2 ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45%). Cường độ gió rửa lọc Wgió = 15 l/s.m2 (quy phạm cho phép Wgió = 15 ÷ 25 l/s.m2). Lưu lượng nước rửa của 01 bể lọc là Chọn đường kính ống chính là dc = 450 mm bằng thép thì có tốc độ nước chảy trong ống chính sẽ là vc = 1.71 m/s (nằm trong giới hạn cho phép ≤ 2 m/s). Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.28 m (quy phạm cho phép 0.25 ÷ 0.3 m) thì số ống nhánh của 01 bể lọc là (ống) Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là Chọn đường kính ống nhánh dn = 75 mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh là vn = 1.86 m/s (nằm trong giới hạn cho phép 1.8 ¸ 2.0 m/s). Với ống chính là 450 mm thì tiết diện ngang của ống sẽ là Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (quy phạm cho phép là 30 ¸ 35%), tổng diện tích lỗ được tính là Chọn lỗ có đường kính 12mm (quy phạm 10 ¸ 12 mm) thì diện tích 01 lỗ sẽ là Tổng số lỗ sẽ là (lỗ) Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là: (lỗ) Trên mỗi ống nhánh các lỗ xếp thành 02 hàng so le nhau và hướng xuống dưới và nghiêng một góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh sẽ là (lỗ). Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là (0.475 là đường kính ngoài của ống nước chính) Chọn 01 ống thoát khí f32 mm đặt ở cuối ống chính. 4.5.4.3 Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc Chọn cường độ gió rửa lọc bể là: Wgió = 15 m/s thì lưu lượng gió tính toán là Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 15 m/s (quy phạm 15 ¸ 20 m/s); đường kính ống gió chính tính như sau Số ống gió nhánh cũng lấy bằng 29. Lượng gió trong 01 ống gió nhánh sẽ bằng: Đường kính ống gió nhánh là Đường kính ống gió chính là 176 mm, diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính sẽ là Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% diện tích tiết diện ngang của ống gió chính (quy phạm là 35 ¸ 40%) sẽ là Chọn đường kính lỗ gió là 03 mm (quy phạm là 2 ¸ 5 mm), diện tích 01 lỗ gió là: (m2) Tổng số lỗ gió sẽ là (lỗ) Số lỗ trên 01 ống gió nhánh sẽ là: (lỗ) Khoảng cách giữa các lỗ là (0.19 là đường kính ngoài của ống gió chính; 24 là số lỗ trên 01 hàng; vì lỗ gió trên ống nhánh phải được đặt thành 02 hàng so le và nghiêng một góc 450 so với trục thẳng đứng của ống) 4.5.4.4 Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc Bể có chiều dài là L = 6.1m, chiều rộng là B = 4m; chọn mỗi bể bố trí 02 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác; khoảng cách giữa các máng sẽ là d = (quy phạm không được lớn hơn 2.2m) Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức Trong đó W : cường dộ rửa lọc; W = 12 L/s.m2 d : khoảng cách giữa các tâm máng; d = 2 m l : chiều dài máng; l = 6.1 m Chiều rộng máng tính theo công thức Trong đó a: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hCN) với nửa chiều rộng của máng. Lấy a = 1.3 (quy phạm a = 1 ¸ 1.5) K: hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2.1 Vậy chiều cao phần máng chữ nhật là hCN = 0.3 m. Lấy chiều cao phần đáy tam giác là hđ = 0.2 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía tập trung nước là i = 1%. Chiều dày thành máng lấy là = 0.08 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức (m) Trong đó L: chiều dày lớp vật liệu lọc; L = 0.8m e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc; e = 45% Theo quy phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0.07m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm = 0.58 m, vì máng dốc về phía tập trung nước là i = 0.01 máng dài 6.1 m. Vậy DHm sẽ phải lấy bằng Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào ngăn tập trung nước. Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy ngăn tập trung xác định theo công thức Trong đó qM : lưu lượng nước chảy vào ngăn tập trung nước; qM = 0.293 m3/s A : chiều rộng của ngăn tập trung nước. Chọn A = 0.75 (quy phạm không được nhỏ hơn 0.6m) g : gia tốc trọng trường bằng 9.81 m/s2 Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: Trong đó v0 : tốc độ nước chảy ở đầu ống chính; v0 = 1.71 m/s vn : tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh; vn = 1.86 m/s g : gia tốc trọng trường; g = 9.81 m/s2 x : hệ số sức cản; (với kW = 0.35) Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: Trong đó Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ; Ls = 0.5m W: cường độ rửa lọc; W = 12 L/s.m2 Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc (với kích thước hạt d = 0.5 ÷ 1mm; a = 0.76; b = 0.017) Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức Trong đó hhh : là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m) (m) 4 : chiều sâu mức nước trong bể chứa (m) 3.5 : độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2 : chiều cao lớp nước trong bể lọc. 0.71 : khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) hố : tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc Giả sử chiều dài đường ống dẫn nước rửa lọc là L = 100m. Đường kính ống dẫn nước rửa lọc D = 450mm, Qr = 293 m3/s. Tra bảng được 1000i = 8.46 Vậy hô = i.L = 0.00846 x 100 = 0.846 (m) hcb : tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa, xác định theo công thức Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau: 02 cút 900, 01 van khóa, 02 ống ngắn. Vậy Hr = 6.21 + 0.846 + 3 + 1.32 + 0.35 + 2 + 0.64 = 14.366 (m) Với Qr = 293 L/s, Hr = 14.366 m chọn được máy bơm nước rửa lọc phù hợp. Ngoài 01 máy bơm rửa công tác, phải chọn 01 máy bơm dự phòng. Với Qgió = 366 L/s, Hgió = 03m sẽ chọn được máy bơm gió phù hợp. Tỉ lệ lượng nước rửa so với lượng nước vào bể lọc tính theo công thức W : cường độ nước rửa lọc (L/s.m2); W = 12 L/s.m2 f : diện tích 1 bể lọc (m2), f = 24.4 m2 N : số bể lọc; N = 6 bể Q : công suất trạm xử lý (m3/h); Q = 834 m3/h T0 : thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa (giờ) T : thời gian công tác của bể lọc trong 1 ngày (giờ) n : số lần rửa bể lọc trong 1 ngày t1, t2, t3: thời gian rửa, xả lọc đầu và thời gian chết của bể (giờ) Bảng 4.9 - Các thông số thiết kế của bể lọc Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể lọc N 06 bể Bê tông cốt thép Chiều rộng bể B 04 m - Chiều dài bể L 6.1 m - Chiều cao bể HXD 5.1 m - Ong dẫn nước rửa 450 mm Thép Ong dẫn gió 176 mm - Số máng trong 1 bể lọc 02 máng - Chiều rộng máng Bm 0.5 m - Chiều dài máng Lm 6.1 m - Chiều sâu máng Hm 0.58 ống - 4.5.5 Bể chứa nước sạch Nước trong bể chứa nước sạch được dùng để rửa bể lọc, pha hóa chất, phục vụ vệ sinh, dự trữ cứu hỏa, thể tích nước cần thiết cho tiếp xúc khử trùng, dung tích nước điều hòa cho mạng lưới… được chứa trong bể chứa nước sạch. Dung tích và vị trí của bể chứa được xác định theo yêu cầu chung của toàn hệ thống cấp nước. Bể chứa nước sạch nên đặt gần bể lọc và trạm bơm cấp II. Cốt mực nước được chọn phù hợp với địa hình, cao độ mực nước ngầm và có thể tự mồi cho các máy bơm đợt II. Bể có hình dạng là hình hộp chữ nhật bằng bê tông cốt thép có nắp đậy phía trên. Thể tích bể chứa Trong đó Q : lưu lượng thiết kế; Q = 20000 m3/ngày đêm = 0.232 m3/s t : thời gian nước lưu lại trong bể chứa; chọn t = 45 phút (quy phạm 30 ¸ 45 phút) 60 : chỉ số chuyển đổi phút thành giây Chọn bể chứa có dung tích 640 m3, xây dựng 01 bể chứa hình hộp chữ nhật có 02 ngăn riêng biệt trong nhà máy, bể được xây dựng nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Chọn chiều cao của bể chứa H = 4 m Chiều dài của bể chứa L = 16 m Vậy chiều rộng của bể chứa Bảng 4.10 - Các thông số thiết kế của bể chứa nước sạch Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể chứa N 01 bể Bê tông cốt thép Chiều rộng bể B 10 m - Chiều dài bể L 16 m - Chiều cao bể HXD 4 m - 4.5.6 Bể thu hồi Bể thu hồi là bể dùng để tuần hoàn lại 01 phần nước rửa lọc của bể lọc và phần nước của hỗn hợp bùn – nước xả ra sân phơi bùn của bể lắng ngang và bể phản ứng. Bể này có chức năng tương tự như bể lắng sơ bộ. Nước rửa lọc và nước thu hồi từ sân phơi bùn sẽ được cho lắng sơ bộ trong bể sau đó dùng bơm chìm bơm trả trở về bể trộn. Lưu lượng nước trung bình cho 1 lần rửa 1 bể lọc Trong đó Q : cường độ nước rửa lọc; q = 12 L/s.m2 Sbể : diện tích bề mặt 1 bể lọc; Sbể = 24.4 m2 T : thời gian rửa bể lọc bằng nước; T = 6 phút Lượng nước lọc được sau 1 chu kỳ Trong đó vlọc : vận tốc lọc trung bình trong các bể lọc; v = 6 m/h Sbể : diện tích bề mặt của 1 bể lọc; Sbể = 24.4 m2 Tlọc : chu kỳ trung bình của bể lọc; T = 23.38 giờ Hàm lượng cặn trong nước rửa lọc của 1 bể lọc Lượng nước rửa lọc của trạm xử lý trong 1 ngày Thể tích vùng chứa cặn Vì lượng nước rửa lọc ra không liên tục (tùy theo thời gian rửa lọc) nên ta sẽ không sử dụng bể lắng mà sẽ thiết kế hồ lắng tĩnh để thu hồi lượng nước rửa lọc này. Chọn thời gian lắng đối với nước của 1 lần rửa lọc là 1 giờ. Nước rửa lọc được đưa vào hồ lắng và để cho lắng trong 1 giờ sau đó sẽ được bơm trở lại bể trộn, còn cặn được xả ra sân phơi bùn. thiết kế bể có thể chứa được 2 lần rửa lọc liên tiếp. Thể tích của bể thu hồi Cho xây dựng bể có hình dạng vuông với kích thước là L x H x B = 10 x 4 x 6 (m) Bể có đáy có độ dốc là i = 1% về phía hố đặt bơm chìm có L = 2m, B = 1m và H = -1m so với đáy bể. Bảng 4.11 - Các thông số thiết kế của bể thu hồi Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Bể lọc N 01 bể Bê tông cốt thép Chiều rộng bể B 6 m - Chiều dài bể L 10 m - Chiều cao bể HXD 4 m - 4.5.7 Hồ cô đặc, nén và phơi khô bùn Sân phân bùn phải có dung tích đủ chứa lượng bùn từ nhà máy nước xả ra trong 4 đến 6 tháng mùa lũ. Đáy hồ có độ dốc 1% về phía cửa tháo nước ra Thành và đáy hồ lát bêtong tấm, miết mạch bằng vữa xi măng atsfan để chống xói lở và ngăn không cho nước bẩn thấm vào nguồn nước ngầm. Đáy hồ đổ lớp sỏi cỡ hạt 16 – 32 mm, dày 200 mm. Trên lớp sỏi đổ hai lớp sỏi nhỏ, lớp thứ nhất đường kính 4 – 8 mm, dày 100 mm; lớp thứ hai đường kính 1 – 2 mm, dày 100 mm. Chung quanh hồ có đường ôtô đi lại để vận chuyển bùn, chiều rộng 1 làn xe tải là 5m. Lượng cặn khô từ bể lắng xả ra hàng ngày Trong đó G : trọng lượng cặn khô (kg) Q : lượng nước xử lý (m3/ngày); Q = 20000 m3/ngày C1 : hàm lượng cặn trong nước ra khỏi bể lắng (g/m3); C1 = 12 g/m3 C2 : hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng (g/m3) C0 : hàm lượng cặn trong nước thô (g/m3); C0 = 186 g/m3 ap : hàm lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước (g/m3); a = 50 g/m3 K : hệ số tạo cặn từ phèn; đối với phèn nhôm sạch k = 0.55 M : độ màu của nước nguồn (ptCo); M = 150 ptCo B : lượng cặn không tan trong hóa chất kiềm hóa (g/m3); B = 7 g/m3 Lượng cặn xả khô từ bể lọc xả ra hàng ngày Tổng lượng cặn xả ra 1 ngày của trạm xử lý Lượng bùn cần nén trong 6 tháng mùa mưa Diện tích mặt hồ cần thiết Bùn chứa trong hồ 6 tháng, đến mùa khô rút nước ra khỏi hồ để phơi bùn trong 3 tháng, nồng độ bùn khô đạt 25%, tỷ trọng bùn g = 1.2 t/m3 Thể tích bùn khô trong hồ Chiều cao bùn khô trong hồ Lượng cặn khô xả ra hàng ngày G1 = 4920 kg, nồng độ cặn 0.4%, tỷ trọng g = 1.011 t/m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả ra hàng ngày Thể tích bùn loãng xả ra trong 1 ngày Chiều cao bùn loãng trong hồ Chiều sâu phần chứa cặn Nếu chiều sâu của hồ Trong đó hđáy : gồm chiều cao 3 lớp sỏi đỡ = 0.4 m hdự trữ : chiều cao dự trữ = 0.3 m Chọn hồ hình chữ nhật: chiều dài bằng 4 lần chiều rộng 4B2 = 8456 m2 ===> B = 46 (m) Để thuận tiện cho việc phơi khô và xử lý bùn ta chọn xây dựng hệ thống gồm 8 hồ phơi bùn với kích thước là L x H x B = 24 x 3 x 6 (m) Bảng 4.12 - Các thông số thiết kế của hồ cô đặc, nén và phơi bùn Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu Hồ phơi bùn 08 hồ đá Chiều rộng hồ B 6 m - Chiều dài hồ L 24 m - Chiều cao hồ HXD 3 m - BỐ TRÍ MẶT BẰNG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC CẤP Trên khu đất đã được phê duyệt để xây dựng trạm xử lý sẽ được sắp xếp, bố trí các công trình chính, các công trình phục vụ và các công trình phụ. Ngoài ra còn bố trí các đường ống kĩ thuật, đường ống cấp nước cho bản thân trạm, ống thoát nước, mương thoát nước, hệ thống cấp điện cho trạm bơm, điện chiếu sáng… Tất cả các công trình, thiết bị và đường ống cần sắp xếp hợp lý, đảm bảo các điều kiện kĩ thuật và mĩ quan công trình. Khi bố trí mặt bằng trong trạm xử lý nước cần dựa vào các nguyên tắc thiết kế sau: Cần ưu tiên bố trí các công trình chính trong dây chuyền công nghệ xử lý nước. Đảm bảo cho các công trình chính làm việc hợp lý và thuận tiện nhất. Các công trình cần được sắp xếp gọn gàng, chiếm ít diện tích và tiết kiệm đất. Triệt để lợi dụng địa hình, kết hợp bố trí mặt bằng với thiết kế cao trình trạm xử lý để giảm công tác đất, giảm chiều sâu công trình, tạo điều kiện thoát nước và xả cặn dễ dàng. Khi bố trí các công trình trên mặt bằng, phải dự kiến trước các vị trí các công trình sẽ được xây dựng ở giai đoạn sau, tạo điều kiện thuận lợi thiết kế mở rộng nhà máy, tránh đập phá công trình và đường ống phải đi đường vòng quá xa. Các công trình phụ trợ cần đặt ở gần các công trình chính mà nó phụ thuộc để giảm công tác vận chuyển. Các phòng quản lý, trực ban,… nên bố trí ở gần nới làm việc, tránh tập trung đông người. Các công trình gây nhiễm bẩn, độc hại nên bố trí riệng biệt, xa các công trình chính, cuối hướng gió và ít người qua lại. Trong điều kiện địa chất cho phép nên bố trí hợp khối công trình để tiết kiệm đất xây dựng và giá thành. Trạm biến thế điện nên đặt gần nới sử dụng điện nhiều nhất và gần đường nội bộ. Bảo đảm điều kiện vệ sinh, hệ thống thoát nước phải đảm bảo thoát nước tốt, có biện pháp trồng cây xanh, hoa cỏ để đảm bảo không khí trong sạch. Các đường giao thông nội bộ phải bố trí hợp lý, thuận tiện đến từng công trình với chiều rộng đường ô tô có thể ra vào thuận tiện. Phải đảm bảo điều kiện mĩ quan toàn nhà máy.